SCADA在采油作業(yè)區(qū)的應(yīng)用

方艾國

（中國石油吐哈油田公司魯克沁采油廠，新疆吐魯番 838202）

1 SCADA概念

SCADA（Supervisory Control And Data Acquisition，數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制），即DCS（Distributed Control System，分布式控制系統(tǒng)）與電力自動化監(jiān)控系統(tǒng)，具有收集數(shù)據(jù)和檢查監(jiān)控的特點。涉及范圍廣，運行于多種領(lǐng)域，主要包括電力、石油、燃氣等領(lǐng)域。

2 SCADA策劃

為滿足采油作業(yè)區(qū)的管理需要，SCADA主要策劃構(gòu)想：PLC（Programmable Logic Controller，可編程邏輯控制器）、對撬通訊協(xié)議實施壓力、統(tǒng)一數(shù)據(jù)傳達路線、合并不同抽油機。

為緩解站控電腦壓力，將原來的站點站控系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為客戶端類型。對工作區(qū)每個環(huán)節(jié)進行監(jiān)控，隨時掌握工作區(qū)機器運行的具體細節(jié)，第一時間掌控全區(qū)的生產(chǎn)狀況。實現(xiàn)生產(chǎn)作業(yè)自動化、遠距離控制輸油泵、閉環(huán)管理生產(chǎn)經(jīng)過、有效控制機器設(shè)備。隨時監(jiān)察監(jiān)控，利用油井工況系統(tǒng)對油井的具體工作狀況進行檢查。實行警報燈提醒，利用短信、警報器等進行準確報警。每個站點自動完成報表并匯報到作業(yè)區(qū)控制中心。作業(yè)區(qū)SCADA有3臺服務(wù)器負責收集信息，1臺服務(wù)器負責分析油井功圖數(shù)據(jù)，服務(wù)器可以收集、保存和轉(zhuǎn)發(fā)工作區(qū)所有系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

3 提高系統(tǒng)硬件功能

圖1 SCADA架構(gòu)

原井口RTU（Remote Terminal Unit，遠程終端單元）即Modbus RTU協(xié)議，最主要的RTU用來收集和通知井場數(shù)據(jù)。不同廠家的RTU及PLC寄存器各不相同。該次協(xié)議井口RTU及PLC均采用Modbus TCP（Modbus Transfer Control Protocol，現(xiàn)場總線傳輸控制協(xié)議）。上位機利用 IP地址和端口號向井場主 RTU ，PLC發(fā)出肯求，井場主 RTU，PLC主要負責滿足客戶需求并反饋請求結(jié)論，通訊命令中的地點和數(shù)據(jù)依據(jù)Big-endian模式顯示。各RTU，PLC廠家依據(jù)油田公司《數(shù)字化油田井場主RTU通信規(guī)范》提高固件功能。

4 創(chuàng)新系統(tǒng)功能

SCADA包含9大功能，具有BS/CS兩種調(diào)查形式，客戶端安裝快速簡單。

（1）生產(chǎn)運行模塊主要檢測產(chǎn)液量和注水量，可以清楚掌握全區(qū)每個站點的信息。

（2）集輸模塊實時監(jiān)控全區(qū)站點集輸過程，遠距離控制輸油泵及抽油機。

（3）注水系統(tǒng)根據(jù)不同水井間的供注關(guān)系，隨時監(jiān)控全區(qū)注水生產(chǎn)過程。

（4）管網(wǎng)運行模塊依據(jù)每個流程間的運輸關(guān)系，對各種參數(shù)及曲線實行實時監(jiān)控。

（5）可燃氣體系統(tǒng)可以不停地監(jiān)控每個站點可燃氣體濃度并自動報警。

（6）通信監(jiān)控系統(tǒng)自動監(jiān)控并統(tǒng)計各地的通信情況。（7）報警系統(tǒng)隨時顯示警報信息并自動通知管理人員。（8）報表系統(tǒng)自動產(chǎn)生報表并匯報到控制中心。（9）事件記錄模塊對系統(tǒng)操作進行細致描述。

5 SCADA數(shù)據(jù)的利用方法

SCADA首先可以收集、處理、顯示及分享數(shù)據(jù)，其次按照“集成、可視及獨特”的方式收集整理長慶油田目前的綜合材料，改變技術(shù)及經(jīng)營觀念，引入先進的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、利用先進方式整理、分享及交流數(shù)據(jù)，構(gòu)建一致的管理綜合SCADA，達到“一致平臺、分享信息、多重監(jiān)察、開放控制”的效果，使數(shù)字化增壓橇及注水系統(tǒng)更加安全，由于利用數(shù)據(jù)方法不一致，可分成3類。

（1）SCADA內(nèi)部數(shù)據(jù)運用。運用SCADA拓寬基礎(chǔ)功能，為了維持系統(tǒng)正常運作及數(shù)據(jù)的穩(wěn)定收集，在應(yīng)用中增加注水井及數(shù)字化增壓橇控制，為了更加簡單地判斷注水及輸油順序，需要隨時收集到注水井水量、數(shù)字化增壓橇液位、穩(wěn)流配水功能及外輸泵遠程控制功能等信息。如圖2所示，許多的復(fù)雜人工工作由機器完成。

圖2 SCADA系統(tǒng)功能拓展

（2）充分運用軟件接口標準。OPC（OLE for Process Con-trol,用于過程控制的工業(yè)標準）是一個包含完整的套接口、屬性及方式的工業(yè)標準集，主要運用于過程控制和制造業(yè)自動化系統(tǒng)。OPC接口適用于很多方面，例如：為SCADA供給最原始的數(shù)據(jù)。另外還適用于批處理自動化程序、歷史數(shù)據(jù)庫等，還可有效連接應(yīng)用程序及物理設(shè)施。所以O(shè)PC接口是可用于多種方面的標準接口。利用這個標準接口連接數(shù)據(jù)源，使用者可以實現(xiàn)信息的互通有無，如今指揮生產(chǎn)的系統(tǒng)及數(shù)字化的維護系統(tǒng)等都利用OPC分享數(shù)據(jù)，因此，可以運用OPC等工具傳輸、共享、提供、分析并反饋數(shù)據(jù)，提高系統(tǒng)收集數(shù)據(jù)的水平。

6 SCADA數(shù)據(jù)綜合應(yīng)用

2009年開始，長慶油田進行全盤數(shù)字化改造，由于追求高速度，使剛開始獨立的單機版站控出現(xiàn)了失誤，并阻礙了數(shù)字化技術(shù)的進一步深入。2013年，為解決前期發(fā)生的失誤并提高數(shù)字化實施效果，油田在作業(yè)區(qū)推行SCADA。到2015年，采油3個工廠13個工作區(qū)已經(jīng)成功建設(shè)系統(tǒng)并實現(xiàn)線上運作，在大約3 a的建設(shè)和探索過程中，仍然存在大量問題。通過全面分析SCADA分開治理、整體控制的優(yōu)點，結(jié)合新技術(shù)實現(xiàn)注水的精細控制及數(shù)字化增壓橇的遠距離控制。

6.1 SCADA功能拓展應(yīng)用

SCADA有直接、高速、隨時的特點，通過調(diào)動內(nèi)部信息完成每項工作，適用于隨時都要接收數(shù)據(jù)的應(yīng)用，但該系統(tǒng)也具有一些缺點，例如：對可靠性要求較高、邏輯簡單等，因此不適合數(shù)據(jù)量大且需要計算方面的應(yīng)用。

（1）注水井遠距離自動控制。根據(jù)SCADA系統(tǒng)MYSql關(guān)系型數(shù)據(jù)庫原理，將現(xiàn)實注水量與配注隨時進行比較，依據(jù)整天注水量目標自動對注水井下達注量及配注命令。例如桐寨作業(yè)區(qū)，經(jīng)過注水的自動調(diào)節(jié)，撤銷了66座配水間2 h注水監(jiān)控報表，207口注水井因此完成了自動的遠距離調(diào)配，使注水管理范圍減少，完成了注水的小范圍管理，使作業(yè)區(qū)注水量和配注達到完全合格，進一步完善了精準注水管控機制，創(chuàng)新了注水模式。

（2）增壓橇連續(xù)輸油功能數(shù)字化。完善軟件功能，并根據(jù)現(xiàn)場外輸泵再次選擇造型，為了降低外輸功率，將單螺桿泵轉(zhuǎn)變?yōu)橹?。為減少冬季運行壓力，保證下游過程的穩(wěn)步進行，將啟泵改為每15 min輸出1次。例如大水坑作業(yè)區(qū)的分體撬裝增壓站黃24增壓站于2013年運行，日產(chǎn)液80 m3，其外輸泵通過2臺單螺桿泵運作，因具有較多水量，螺桿泵的修理十分頻繁。由于螺桿泵維修材料昂貴及其修理難度大，投產(chǎn)以來，其修理支出極大。為了解決冬季外輸壓力大，管線凍堵等問題，將單螺桿泵換為修理更簡便的柱塞泵，將變頻器外輸頻率轉(zhuǎn)變成18 Hz，達到長輸效果。停泵3次，緩解了外輸壓強，減少管線凍堵的現(xiàn)象。長輸前外輸壓力在（1.5～2）MPa，長輸后壓力降至（0.5～1）MPa。

6.2 分析信息化系統(tǒng)及應(yīng)用

信息化系統(tǒng)是以計算機技術(shù)為基礎(chǔ)，利用各類學(xué)科數(shù)據(jù)化不同信息，SCADA利用OPC接口標準將數(shù)據(jù)發(fā)送給專門的分析軟件，通過最簡單的方法將數(shù)據(jù)與不同公司進行分享，因此數(shù)據(jù)傳播范圍進一步擴大。另外，由于OPC數(shù)據(jù)傳播的過程復(fù)雜，其數(shù)據(jù)具有較差的實時性與穩(wěn)定性等明顯缺點。

歷史數(shù)據(jù)的全面應(yīng)用：在油田注水管理時使用SCADA數(shù)據(jù)，利用以往數(shù)據(jù)描繪水井曲線，清楚地分析注水壓力及其變化情況。利用曲線解釋注水量的超標及穩(wěn)定，在精準管理水量的基礎(chǔ)上實現(xiàn)質(zhì)的飛躍。

7 結(jié)語

對油水井實施生產(chǎn)管理是油田開發(fā)的第一步，作業(yè)區(qū)SCADA實現(xiàn)了各分散且相互獨立的站控系統(tǒng)的統(tǒng)一，將原始的油田管理觀念轉(zhuǎn)化為集中管理理念，使作業(yè)區(qū)的數(shù)字化管理進一步提高，并使之成為油田管理的重要手段之一。